JP5087426B2

JP5087426B2 - Photodiode array

Info

Publication number: JP5087426B2
Application number: JP2008044723A
Authority: JP
Inventors: 徳之村松; 智也田口; 義磨郎藤井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009206171A

Description

本発明は、フォトダイオードアレイに関する。 The present invention relates to a photodiode array.

フォトダイオードアレイとして、半導体基板の光の入射面（表面）側に形成された複数のフォトダイオードと、隣接するフォトダイオード間に形成された改質領域と、を備えているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたフォトダイオードアレイでは、隣接するフォトダイオード間に沿って集光点を合わせてレーザ光を照射することによって改質領域が形成されている。特許文献１に記載されたフォトダイオードアレイでは、入射光によって発生し、隣接するフォトダイオードへ拡散するキャリアを改質領域がトラップすることにより、隣接するフォトダイオード間のクロストークを抑制している。
特開２００５−１９４６５号公報 Known photodiode arrays include a plurality of photodiodes formed on the light incident surface (front surface) side of a semiconductor substrate and a modified region formed between adjacent photodiodes. (For example, refer to Patent Document 1). In the photodiode array described in Patent Document 1, a modified region is formed by irradiating a laser beam with a condensing point aligned between adjacent photodiodes. In the photodiode array described in Patent Document 1, crosstalk between adjacent photodiodes is suppressed by the modified region trapping carriers generated by incident light and diffusing to the adjacent photodiodes.
JP 2005-19465 A

ところで、近年、フォトダイオードアレイにおける出力信号のノイズを低減するため、隣接するフォトダイオード間のクロストークを更に抑制することが求められている。このため、クロストークノイズを生じるキャリアを除去するための不純物濃度の高い半導体領域を、半導体基板の表面側における隣接するフォトダイオード間に形成することが検討されている。 Incidentally, in recent years, there has been a demand for further suppressing crosstalk between adjacent photodiodes in order to reduce noise of output signals in the photodiode array. For this reason, it has been studied to form a semiconductor region having a high impurity concentration for removing carriers that generate crosstalk noise between adjacent photodiodes on the surface side of the semiconductor substrate.

しかしながら、入射光の長波長成分によって発生するキャリアを除去するためには、当該半導体領域を半導体基板の表面から深い位置に至るまで形成する必要がある。この場合、近接して形成されているフォトダイオード間に当該半導体領域を形成する必要があり、当該半導体領域の形成が困難となることから、当該半導体領域を備えるフォトダイオードアレイの製造を容易化するには限界があった。 However, in order to remove carriers generated by the long wavelength component of incident light, it is necessary to form the semiconductor region from the surface of the semiconductor substrate to a deep position. In this case, it is necessary to form the semiconductor region between adjacent photodiodes, which makes it difficult to form the semiconductor region, thereby facilitating the manufacture of a photodiode array including the semiconductor region. There were limits.

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、クロストークを効率的に抑制することが可能であると共に、容易に製造することが可能なフォトダイオードアレイを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a photodiode array that can efficiently suppress crosstalk and can be easily manufactured. And

上述の課題を解決するため、本発明に係るフォトダイオードアレイは、互いに対向する第１及び第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、半導体基板の第１の主面側に並んで形成されており、半導体基板との接合によりフォトダイオードを構成する複数の第２導電型の半導体領域と、半導体基板の第１の主面側において、隣接する第２導電型の半導体領域間に形成されていると共に、半導体基板よりも不純物濃度が高く設定されている第１導電型の半導体領域と、を備え、半導体基板には、半導体基板の第２の主面と第１導電型の半導体領域との間の所定位置に集光点を合わせてレーザ光を照射することによって改質領域が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a photodiode array according to the present invention is arranged on a first conductive type semiconductor substrate having first and second main surfaces facing each other and on the first main surface side of the semiconductor substrate. Between the adjacent second conductivity type semiconductor regions on the first main surface side of the semiconductor substrate and the plurality of second conductivity type semiconductor regions constituting the photodiode by bonding with the semiconductor substrate. And a first conductivity type semiconductor region having a higher impurity concentration than that of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate including a second main surface of the semiconductor substrate and a first conductivity type semiconductor. The modified region is formed by irradiating a laser beam with a focusing point at a predetermined position between the region and the region.

本発明に係るフォトダイオードアレイでは、半導体基板の第１の主面側における隣接するフォトダイオード間に第１導電型の半導体領域が形成されていると共に、第１導電型の半導体領域と半導体基板の第２の主面との間において改質領域が形成されている。この場合、入射光の短波長成分によって半導体基板の第１の主面から浅い位置で発生し、隣接するフォトダイオード間へ拡散するキャリアは、第１導電型の半導体領域にトラップされることとなる。また、入射光の長波長成分によって半導体基板の第１の主面から深い位置で発生し、隣接するフォトダイオード間へ拡散するキャリアは、改質領域にトラップされ、再結合することにより消滅する。従って、入射光の短波長成分及び長波長成分のいずれによって発生したキャリアも隣接するフォトダイオード間において除去されるため、クロストークを効率的に抑制することができる。さらに、第１導電型の半導体領域を半導体基板の第１の主面から深い位置に至るまで形成する必要がなくなることとなり、フォトダイオードアレイを容易に製造することができる。 In the photodiode array according to the present invention, a first conductivity type semiconductor region is formed between adjacent photodiodes on the first main surface side of the semiconductor substrate, and the first conductivity type semiconductor region and the semiconductor substrate A modified region is formed between the second main surface. In this case, carriers generated by a short wavelength component of incident light at a position shallow from the first main surface of the semiconductor substrate and diffused between adjacent photodiodes are trapped in the semiconductor region of the first conductivity type. . Further, carriers generated by a long wavelength component of incident light at a position deep from the first main surface of the semiconductor substrate and diffused between adjacent photodiodes are trapped in the modified region and disappear by recombination. Therefore, carriers generated by both the short wavelength component and the long wavelength component of incident light are removed between adjacent photodiodes, so that crosstalk can be efficiently suppressed. Furthermore, it becomes unnecessary to form the first conductivity type semiconductor region from the first main surface of the semiconductor substrate to a deep position, and the photodiode array can be easily manufactured.

また、改質領域は、フォトダイオードに電圧が印加された場合において、第２導電型の半導体領域と半導体基板との接合から第２の主面と第１導電型の半導体領域との間に広がる空乏層の内部に形成されていることが好ましい。これにより、第１導電型の半導体領域と改質領域との間から、キャリアが隣接するフォトダイオードに拡散することが抑制されることとなり、クロストークを確実に抑制することができる。 The modified region extends between the second main surface and the first conductivity type semiconductor region from the junction between the second conductivity type semiconductor region and the semiconductor substrate when a voltage is applied to the photodiode. It is preferably formed inside the depletion layer. As a result, carriers are prevented from diffusing into the adjacent photodiode from between the first conductivity type semiconductor region and the modified region, and crosstalk can be reliably suppressed.

本発明によれば、クロストークを効率的に抑制することが可能であると共に、容易に製造することが可能なフォトダイオードアレイを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a photodiode array that can efficiently suppress crosstalk and that can be easily manufactured.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係るフォトダイオードアレイの構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るフォトダイオードアレイの断面構成を示す模式図である。図２は、第１実施形態に係るフォトダイオードアレイの平面図である。 [First Embodiment]
The configuration of the photodiode array according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the photodiode array according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the photodiode array according to the first embodiment.

図１及び図２に示すように、フォトダイオードアレイ１は、ｎ型（第１導電型）の半導体基板３と、絶縁層５と、ｐ型（第２導電型）半導体領域７と、ｎ型半導体領域９と、アノード電極１５と、カソード電極１７と、を備えている。以下の説明においては、半導体基板３における光Ｌ１の入射面を表面（第１の主面）３ａとし、その反対側の面を裏面（第２の主面）３ｂとしている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the photodiode array 1 includes an n-type (first conductivity type) semiconductor substrate 3, an insulating layer 5, a p-type (second conductivity type) semiconductor region 7, and an n-type. A semiconductor region 9, an anode electrode 15, and a cathode electrode 17 are provided. In the following description, the incident surface of the light L1 in the semiconductor substrate 3 is the front surface (first main surface) 3a, and the opposite surface is the back surface (second main surface) 3b.

半導体基板３は、半導体材料（例えば、Ｓｉ（シリコン）等）からなり、厚さが例えば３００μｍである。半導体基板３は、不純物（例えば、リン等）を含み、その濃度は例えば１×１０^１２〜１×１０^１６／ｃｍ^３である。半導体基板３は、内部に後述する改質領域２０を有している。 The semiconductor substrate 3 is made of a semiconductor material (for example, Si (silicon)) and has a thickness of, for example, 300 μm. The semiconductor substrate 3 contains impurities (for example, phosphorus etc.), and the concentration thereof is, for example, 1 × 10 ¹² to 1 × 10 ¹⁶ / cm ³ . The semiconductor substrate 3 has a modified region 20 to be described later.

絶縁層５は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）又はシリコン窒化物（ＳｉＮ）からなり、半導体基板３の表面３ａ上に形成されている。絶縁層５は、表面３ａを保護するための保護膜として機能する。 The insulating layer 5 is made of silicon oxide (SiO ₂ ) or silicon nitride (SiN), and is formed on the surface 3 a of the semiconductor substrate 3. The insulating layer 5 functions as a protective film for protecting the surface 3a.

ｐ型半導体領域７は、半導体基板３の表面３ａ側において、例えば１次元に複数配列されている。ｐ型半導体領域７は、半導体材料（例えば、Ｓｉ等）によって矩形状に形成されており、厚さが例えば０．５μｍである。ｐ型半導体領域７は、不純物（例えば、ボロン等）を含み、その濃度は例えば１×１０^１５〜１×１０^１８／ｃｍ^３である。ｐ型半導体領域７は、半導体基板３とのｐｎ接合１１によりフォトダイオード１３を構成している。ｐｎ接合１１は、半導体基板３に空乏層１９が広がることによりフォトダイオード１３の光感応領域として機能する。 A plurality of p-type semiconductor regions 7 are arranged, for example, one-dimensionally on the surface 3 a side of the semiconductor substrate 3. The p-type semiconductor region 7 is formed in a rectangular shape by a semiconductor material (for example, Si) and has a thickness of, for example, 0.5 μm. The p-type semiconductor region 7 includes impurities (for example, boron or the like), and the concentration thereof is, for example, 1 × 10 ¹⁵ to 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ . The p-type semiconductor region 7 constitutes a photodiode 13 by a pn junction 11 with the semiconductor substrate 3. The pn junction 11 functions as a light sensitive region of the photodiode 13 due to the depletion layer 19 spreading on the semiconductor substrate 3.

ｎ型半導体領域９は、半導体材料（例えば、Ｓｉ等）によって矩形状に形成されており、厚さが例えば１μｍである。ｎ型半導体領域９は、不純物（例えば、リン）を含み、その濃度は例えば１×１０^１５〜１×１０^１８／ｃｍ^３である。ｎ型半導体領域９は、半導体基板３の表面３ａ側において、ｐ型半導体領域７と離隔して隣接するフォトダイオード１３間に形成されている。 The n-type semiconductor region 9 is formed in a rectangular shape by a semiconductor material (for example, Si) and has a thickness of, for example, 1 μm. The n-type semiconductor region 9 contains an impurity (for example, phosphorus), and its concentration is, for example, 1 × 10 ¹⁵ to 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ . The n-type semiconductor region 9 is formed between the photodiodes 13 adjacent to the p-type semiconductor region 7 on the surface 3 a side of the semiconductor substrate 3.

アノード電極１５及びカソード電極１７は、金属材料（例えば、Ａｌ又はＡｕ等）からなり、例えばスパッタ法又は蒸着法等によって形成されている。アノード電極１５は、絶縁層５上において、各ｐ型半導体領域７におけるフォトダイオード１３の並列方向と垂直な方向の両端に対応する位置に形成されている。カソード電極１７は、隣接するフォトダイオード１３間の略中央における絶縁層５上に形成されている。アノード電極１５及びカソード電極１７は、絶縁層５に設けられたコンタクトホールを介して、それぞれｐ型半導体領域７，ｎ型半導体領域９と電気的に接続されている。 The anode electrode 15 and the cathode electrode 17 are made of a metal material (for example, Al or Au), and are formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method. The anode electrode 15 is formed on the insulating layer 5 at positions corresponding to both ends of each p-type semiconductor region 7 in the direction perpendicular to the parallel direction of the photodiodes 13. The cathode electrode 17 is formed on the insulating layer 5 at the approximate center between adjacent photodiodes 13. The anode electrode 15 and the cathode electrode 17 are electrically connected to the p-type semiconductor region 7 and the n-type semiconductor region 9 through contact holes provided in the insulating layer 5, respectively.

次に、図１を用いて、改質領域２０について説明する。改質領域２０は、半導体基板３の裏面３ｂとｎ型半導体領域９との間における表面３ａから所定の深さ位置（例えば、２０〜５０μｍ）にそれぞれ複数形成されている。複数の改質領域２０は、隣接する二つのｐ型半導体領域７のｐｎ接合１１からそれぞれ広がることにより一体に形成されている空乏層１９の内部に形成されている。 Next, the modified region 20 will be described with reference to FIG. A plurality of modified regions 20 are respectively formed at predetermined depth positions (for example, 20 to 50 μm) from the front surface 3 a between the back surface 3 b of the semiconductor substrate 3 and the n-type semiconductor region 9. The plurality of modified regions 20 are formed inside a depletion layer 19 that is integrally formed by spreading from the pn junctions 11 of two adjacent p-type semiconductor regions 7.

複数の改質領域２０の形状は、例えば長手方向及び当該長手方向に直交する短手方向を有しており、複数の改質領域２０は、隣接する改質領域２０同士が連なって、例えば互いに略平行となるように、連続的な２本の直線状に形成されている。改質領域２０は、隣接するフォトダイオード１３間の中央から、各フォトダイオード１３に向かって、例えば１５０μｍの位置にそれぞれ形成されている。複数の改質領域２０は、長手方向に沿った平面で切断した断面が半導体基板３の深さ方向に長軸を有する楕円状を呈していると共に、短軸方向の幅が例えば３μｍに形成されている。改質領域２０は、後述するように半導体基板３の内部に集光点Ｆを合わせてレーザ光Ｌａを照射することによって、例えば多光子吸収によって形成されている。なお、集光点Ｆとはレーザ光Ｌａが集光した箇所のことである。 The shape of the plurality of modified regions 20 has, for example, a longitudinal direction and a short direction perpendicular to the longitudinal direction. The plurality of modified regions 20 are formed by connecting adjacent modified regions 20 to each other, for example, It is formed in two continuous straight lines so as to be substantially parallel. The modified region 20 is formed at a position of, for example, 150 μm from the center between the adjacent photodiodes 13 toward each photodiode 13. The plurality of modified regions 20 have an oval shape in which a cross section cut along a plane along the longitudinal direction has a major axis in the depth direction of the semiconductor substrate 3, and a width in the minor axis direction is formed to 3 μm, for example. ing. As will be described later, the modified region 20 is formed by, for example, multiphoton absorption by irradiating the laser beam La with the focusing point F inside the semiconductor substrate 3. In addition, the condensing point F is a location where the laser beam La is condensed.

以上の構成を有するフォトダイオードアレイ１は、次の動作を行う。フォトダイオードアレイ１の表面３ａ側から各フォトダイオード１３へ光Ｌ１が入射すると、光Ｌ１は絶縁層５を透過し、半導体基板３、ｐ型半導体領域７及びｎ型半導体領域９に達する。そして、光Ｌ１の各波長成分によって発生したキャリアが、半導体基板３、ｐ型半導体領域７及びｎ型半導体領域９の内部における電界に従って拡散する。 The photodiode array 1 having the above configuration performs the following operation. When the light L1 enters each photodiode 13 from the surface 3a side of the photodiode array 1, the light L1 passes through the insulating layer 5 and reaches the semiconductor substrate 3, the p-type semiconductor region 7, and the n-type semiconductor region 9. Then, carriers generated by each wavelength component of the light L <b> 1 diffuse according to the electric field inside the semiconductor substrate 3, the p-type semiconductor region 7, and the n-type semiconductor region 9.

光Ｌ１の短波長成分によって半導体基板３の表面３ａから浅い位置で発生したキャリアは、隣接するフォトダイオード１３間に拡散した場合には、ｎ型半導体領域９にトラップされる。また、光Ｌ１の長波長成分によって半導体基板３の表面３ａから深い位置で発生したキャリアは、隣接するフォトダイオード１３間に拡散した場合には、改質領域２０にトラップされ、再結合することにより消滅する。 Carriers generated at a shallow position from the surface 3 a of the semiconductor substrate 3 due to the short wavelength component of the light L 1 are trapped in the n-type semiconductor region 9 when diffused between adjacent photodiodes 13. Further, when carriers generated at a deep position from the surface 3a of the semiconductor substrate 3 due to the long wavelength component of the light L1 are diffused between adjacent photodiodes 13, they are trapped in the modified region 20 and recombined. Disappear.

隣接するフォトダイオード１３間へ拡散せず、ｐｎ接合１１に達したキャリアはアノード電極１５から光電流として外部に取り出される。この光電流により、各フォトダイオード１３は、光Ｌ１の光波長成分に応じた電気信号をそれぞれ出力することとなる。 Carriers that have not diffused between adjacent photodiodes 13 and have reached the pn junction 11 are taken out from the anode electrode 15 as photocurrents. With this photocurrent, each photodiode 13 outputs an electrical signal corresponding to the light wavelength component of the light L1.

次に、図３を用いて、多光子吸収により改質領域２０を形成するためのレーザ加工方法について説明する。図３は、第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための断面構成を示す模式図である。 Next, a laser processing method for forming the modified region 20 by multiphoton absorption will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration for explaining the laser processing method according to the first embodiment.

まず、多光子吸収について簡単に説明する。光子のエネルギーｈνが、材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも小さい場合、光学的に透明となる。よって、ｈν＞Ｅ_Ｇである場合には、材料に吸収が生じる。しかし、光学的に透明であっても、レーザ光の強度を非常に大きくした場合には、ｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）において材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まる。 First, multiphoton absorption will be briefly described. Photon energy hν is smaller than the band gap E _G of absorption of the material, the optically transparent. Therefore, if it is hv> E _G is the absorption occurs in the material. However, it is optically transparent, when very the intensity of the laser light largely, Nhnyu> of E _G condition (n = 2,3,4, ···) absorption occurs in the material in. This phenomenon is called multiphoton absorption. In the case of a pulse wave, the intensity of the laser beam is determined by the peak power density (W / cm ² ) at the condensing point of the laser beam. For example, the multiphoton is obtained under conditions where the peak power density is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more. Absorption occurs. The peak power density is determined by (energy per pulse of laser light at the condensing point) / (laser beam cross-sectional area of laser light × pulse width). In the case of a continuous wave, the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm ² ) at the condensing point of the laser beam.

改質領域２０は、フォトダイオードアレイ１において改質領域２０を除く部分が形成されている構成を有する加工対象物２５に形成された形成予定ライン（図示せず）に沿って、レーザ光Ｌａを相対移動させることにより形成される。形成予定ラインは、直線状に延びた仮想線であり、各改質領域２０の形成位置に対応するように、例えば加工対象物２５の裏面３ｂに形成されている。形成予定ラインは、ｎ型半導体領域９の中央からそれぞれ１５０μｍの位置に、互いに略平行となるように２本形成されている。 The modified region 20 emits the laser light La along a planned formation line (not shown) formed on the workpiece 25 having a configuration in which a portion excluding the modified region 20 is formed in the photodiode array 1. It is formed by relative movement. The formation planned line is a virtual line extending linearly, and is formed on the back surface 3b of the object to be processed 25, for example, so as to correspond to the formation position of each modified region 20. Two lines to be formed are formed at approximately 150 μm from the center of the n-type semiconductor region 9 so as to be substantially parallel to each other.

レーザ光Ｌａを多光子吸収が生じる条件に設定し、図３に示すように、加工対象物２５における表面３ａから所定の深さ位置に対し、例えば加工対象物２５の裏面３ｂよりレーザ光Ｌａの集光点Ｆを合わせる。改質領域２０は、集光点Ｆより加工対象物２５の裏面３ｂ方向に向かって拡がることにより、断面が深さ方向に長軸を有する楕円状を呈して形成される。 The laser beam La is set to a condition where multiphoton absorption occurs, and, as shown in FIG. Adjust the condensing point F. The modified region 20 is formed so as to have an elliptical cross section having a major axis in the depth direction by expanding from the condensing point F in the direction of the back surface 3b of the workpiece 25.

次に、集光点Ｆを隣接するフォトダイオード１３間において、上述の形成予定ラインに沿って直線状に相対移動させ、一方の改質領域２０を形成する。そして、同様に集光点Ｆを形成予定ラインに沿って相対移動させ、もう一方の改質領域２０を形成する。以上により、図１に示されるような改質領域２０が形成される。 Next, the condensing point F is relatively moved linearly along the above-described formation line between adjacent photodiodes 13 to form one modified region 20. Similarly, the condensing point F is relatively moved along the formation planned line, and the other modified region 20 is formed. Thus, the modified region 20 as shown in FIG. 1 is formed.

第１実施形態に係るレーザ加工では、加工対象物２５がレーザ光Ｌａを吸収することにより、加工対象物２５を発熱させて改質領域２０を形成するのではない。加工対象物２５にレーザ光Ｌａを透過させ加工対象物２５の内部に多光子吸収を発生させて改質領域２０を形成している。よって、加工対象物２５の裏面３ｂではレーザ光Ｌａがほとんど吸収されないので、加工対象物２５の裏面３ｂが溶融することはない。 In the laser processing according to the first embodiment, the modified region 20 is not formed by causing the workpiece 25 to generate heat by the workpiece 25 absorbing the laser beam La. The modified region 20 is formed by allowing the laser beam La to pass through the workpiece 25 and generating multiphoton absorption inside the workpiece 25. Therefore, since the laser beam La is hardly absorbed by the back surface 3b of the workpiece 25, the back surface 3b of the workpiece 25 is not melted.

第１実施形態において多光子吸収により形成される改質領域２０の一つの例として、溶融処理領域がある。 As one example of the modified region 20 formed by multiphoton absorption in the first embodiment, there is a melting processing region.

この場合には、レーザ光を加工対象物２５の内部に集光点Ｆを合わせて、集光点Ｆにおける電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で照射する。これにより、加工対象物２５の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により、加工対象物２５の内部に溶融処理領域が形成される。 In this case, the laser beam is focused on the inside of the object to be processed 25 so that the electric field intensity at the focal point F is 1 × 10 ⁸ (W / cm ² ) or more and the pulse width is 1 μs or less. Irradiate under conditions. Thereby, the inside of the workpiece 25 is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece 25.

溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。溶融処理領域は、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。溶融処理領域は、単結晶構造、非晶質構造又は多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物２５がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１〜２００ｎｓが好ましい。 The melting treatment region means at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting. It can also be said that the melt treatment region is a phase-change region or a region where the crystal structure is changed. It can be said that the melt-processed region is a region in which one structure is changed to another structure in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure. In other words, for example, a region changed from a single crystal structure to an amorphous structure, a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, or a region changed from a single crystal structure to a structure including an amorphous structure and a polycrystalline structure. To do. When the workpiece 25 has a silicon single crystal structure, the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure. In addition, as an upper limit of an electric field strength, it is 1 * 10 < ¹² > (W / cm < ² >), for example. For example, the pulse width is preferably 1 to 200 ns.

以上のレーザ加工により、図１及び図２に示すような構成のフォトダイオードアレイ１が得られる。 By the laser processing described above, the photodiode array 1 having the configuration as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

以上のように、第１実施形態では、半導体基板３の表面３ａ側における隣接するフォトダイオード１３間にｎ型半導体領域９が形成されていると共に、ｎ型半導体領域９と半導体基板３の裏面３ｂとの間において改質領域２０が形成されている。この場合、光Ｌ１の短波長成分によって半導体基板３の表面３ａから浅い位置で発生し、隣接するフォトダイオード１３間へ拡散するキャリアは、ｎ型半導体領域９にトラップされることとなる。また、光Ｌ１の長波長成分によって半導体基板３の表面３ａから深い位置で発生し、隣接するフォトダイオード１３間へ拡散するキャリアは、改質領域２０にトラップされ、再結合することにより消滅する。従って、光Ｌ１の短波長成分及び長波長成分のいずれによって発生したキャリアも隣接するフォトダイオード１３間において除去されるため、クロストークを効率的に抑制することができる。さらに、ｎ型半導体領域９を半導体基板３の表面３ａから深い位置に至るまで形成する必要がなくなることとなり、フォトダイオードアレイ１を容易に製造することができる。 As described above, in the first embodiment, the n-type semiconductor region 9 is formed between the adjacent photodiodes 13 on the front surface 3 a side of the semiconductor substrate 3, and the n-type semiconductor region 9 and the back surface 3 b of the semiconductor substrate 3. A modified region 20 is formed between the two. In this case, carriers generated at a shallow position from the surface 3 a of the semiconductor substrate 3 by the short wavelength component of the light L 1 and diffused between adjacent photodiodes 13 are trapped in the n-type semiconductor region 9. Further, carriers generated by a long wavelength component of the light L1 at a deep position from the surface 3a of the semiconductor substrate 3 and diffused between the adjacent photodiodes 13 are trapped in the modified region 20 and disappear by recombination. Accordingly, carriers generated by both the short wavelength component and the long wavelength component of the light L1 are removed between the adjacent photodiodes 13, so that crosstalk can be efficiently suppressed. Furthermore, it becomes unnecessary to form the n-type semiconductor region 9 from the surface 3a of the semiconductor substrate 3 to a deep position, and the photodiode array 1 can be easily manufactured.

第１実施形態では、改質領域２０は、半導体基板３の裏面３ｂとｐ型半導体領域７との間において、ｐ型半導体領域７と半導体基板３とのｐｎ接合１１から広がる空乏層１９の内部に形成されている。これにより、ｎ型半導体領域９と改質領域２０との間から、キャリアが隣接するフォトダイオード１３に拡散することが抑制されることとなり、クロストークを確実に抑制することができる。 In the first embodiment, the modified region 20 is located inside the depletion layer 19 extending from the pn junction 11 between the p-type semiconductor region 7 and the semiconductor substrate 3 between the back surface 3 b of the semiconductor substrate 3 and the p-type semiconductor region 7. Is formed. As a result, carriers are prevented from diffusing into the adjacent photodiode 13 from between the n-type semiconductor region 9 and the modified region 20, and crosstalk can be reliably suppressed.

第１実施形態では、ｎ型半導体領域９が半導体基板３よりも不純物濃度が高く設定されている。これにより、暗電流に対する反転を抑制することができる。 In the first embodiment, the n-type semiconductor region 9 is set to have a higher impurity concentration than the semiconductor substrate 3. Thereby, the inversion with respect to a dark current can be suppressed.

［第２実施形態］
次に、図４に基づいて、第２実施形態に係るフォトダイオードアレイ２について説明する。図４は、第２実施形態に係るフォトダイオードアレイの断面構成を示す模式図である。フォトダイオードアレイ２は、改質領域２０の構成の点で上述したフォトダイオードアレイ１と異なる。 [Second Embodiment]
Next, the photodiode array 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the photodiode array according to the second embodiment. The photodiode array 2 is different from the photodiode array 1 described above in the configuration of the modified region 20.

フォトダイオードアレイ２における改質領域２０は、図４に示すように、半導体基板３の裏面３ｂとｎ型半導体領域９との間における、隣接するフォトダイオード１３間の略中央に、フォトダイオードアレイ１と同様に連続的な直線状を有する改質領域２０が１本形成されている。その他の点については、第１実施形態と同様である。 As shown in FIG. 4, the modified region 20 in the photodiode array 2 is located approximately at the center between the adjacent photodiodes 13 between the back surface 3 b of the semiconductor substrate 3 and the n-type semiconductor region 9. Similarly, one modified region 20 having a continuous linear shape is formed. Other points are the same as in the first embodiment.

以上のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、半導体基板３の表面３ａ側における隣接するフォトダイオード１３間にｎ型半導体領域９が形成されていると共に、ｎ型半導体領域９と半導体基板３の裏面３ｂとの間において改質領域２０が形成されている。従って、光Ｌ１の短波長成分及び長波長成分のいずれによって発生したキャリアも隣接するフォトダイオード１３間において除去されるため、クロストークを効率的に抑制することができる。さらに、ｎ型半導体領域９を半導体基板３の表面３ａから深い位置に至るまで形成する必要がなくなることとなり、フォトダイオードアレイ１を容易に製造することができる。 As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the n-type semiconductor region 9 is formed between the adjacent photodiodes 13 on the surface 3a side of the semiconductor substrate 3, and the n-type semiconductor region is formed. A modified region 20 is formed between 9 and the back surface 3 b of the semiconductor substrate 3. Accordingly, carriers generated by both the short wavelength component and the long wavelength component of the light L1 are removed between the adjacent photodiodes 13, so that crosstalk can be efficiently suppressed. Furthermore, it becomes unnecessary to form the n-type semiconductor region 9 from the surface 3a of the semiconductor substrate 3 to a deep position, and the photodiode array 1 can be easily manufactured.

図５は、隣接するフォトダイオード間における波長８３０ｎｍの光をスキャンした場合の分光感度の測定結果を示す図である。図５において、横軸は隣接するフォトダイオード１３間の中央を基準としたスキャン位置（μｍ）を示し、縦軸は各位置で得られる分光感度を、最大値を１００％とした場合の相対分光感度（％）として示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement result of spectral sensitivity when light having a wavelength of 830 nm is scanned between adjacent photodiodes. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the scan position (μm) with the center between adjacent photodiodes 13 as a reference, and the vertical axis indicates the spectral sensitivity obtained when the maximum value is 100%. It is shown as sensitivity (%).

図５において、Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ（Ｇ１）第１実施形態と同様の構成を有するフォトダイオードアレイ、（Ｇ２）第１実施形態のフォトダイオードアレイにおいて、隣接するフォトダイオード１３間の中央から、各フォトダイオード１３に向かってそれぞれ１００μｍの位置に２つの改質領域２０が形成されているフォトダイオードアレイ、（Ｇ３）第２実施形態と同様の構成を有するフォトダイオードアレイ、（Ｇ４）第１実施形態のフォトダイオードアレイにおいて、改質領域が形成されておらず、ｎ型半導体領域９のみが隣接するフォトダイオード１３間に形成されているフォトダイオードアレイ、について示している。図６は、図５における一方のフォトダイオードにおける測定結果についての要部拡大図である。 In FIG. 5, G1 to G4 are (G1) a photodiode array having the same configuration as that of the first embodiment, and (G2) in the photodiode array of the first embodiment, from the center between adjacent photodiodes 13, respectively. A photodiode array in which two modified regions 20 are formed at positions of 100 μm toward each photodiode 13, (G3) a photodiode array having a configuration similar to that of the second embodiment, (G4) first implementation In the photodiode array according to the embodiment, the modified region is not formed, and only the n-type semiconductor region 9 is formed between adjacent photodiodes 13. FIG. 6 is an enlarged view of a main part of the measurement result of one photodiode in FIG.

図５及び図６より、Ｇ１〜Ｇ３について、それぞれ改質領域が形成されている部分において相対分光感度が低下していることがわかる。従って、半導体基板３の裏面３ｂとｎ型半導体領域９との間に改質領域２０を形成することにより、隣接するフォトダイオード１３間のクロストークを効率的に抑制することができる。 5 and 6, it can be seen that the relative spectral sensitivities of G1 to G3 are lowered in the portions where the modified regions are formed. Therefore, by forming the modified region 20 between the back surface 3b of the semiconductor substrate 3 and the n-type semiconductor region 9, the crosstalk between the adjacent photodiodes 13 can be efficiently suppressed.

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、改質領域２０は、半導体基板３の裏面３ｂよりレーザ光Ｌａを照射することによって形成されていることに限定されるものではなく、表面３ａからレーザ光Ｌａを照射することによって形成されていてもよい。改質領域２０は、多光子吸収以外によって改質されて形成されていてもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the modified region 20 is not limited to being formed by irradiating the laser beam La from the back surface 3b of the semiconductor substrate 3, but is formed by irradiating the laser beam La from the front surface 3a. May be. The modified region 20 may be formed by modification other than multiphoton absorption.

複数の改質領域２０は、数、形状、半導体基板３の表面３ａからの深さ位置、断面における短軸方向の幅、隣接するフォトダイオード１３間の中央からの形成されている位置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、複数の改質領域２０は、互いに略平行に形成された断続的な２本の直線状に形成されていてもよい。複数の改質領域２０は、隣接するフォトダイオード１３間において、１本又は２本の直線状に形成されていることに限らず、３本以上に形成されていてもよい。 The plurality of modified regions 20 have the number, shape, depth position from the surface 3a of the semiconductor substrate 3, the width in the minor axis direction in the cross section, and the position formed from the center between the adjacent photodiodes 13 as described above. However, the present invention is not limited to the embodiment. For example, the plurality of modified regions 20 may be formed in two intermittent straight lines formed substantially parallel to each other. The plurality of modified regions 20 are not limited to being formed in one or two straight lines between the adjacent photodiodes 13, and may be formed in three or more.

半導体基板３、ｐ型半導体領域７及びｎ型半導体領域９の材料、形状、厚さ、不純物濃度及び不純物の種類は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、半導体基板３、ｐ型半導体領域７、及びｎ型半導体領域９は、上述した実施形態とは逆の導電型となる不純物を含んでいてもよい。半導体基板３は、Ｓｉによって形成されていることに限定されるものではなく、例えば半導体基板３とｐ型半導体領域７が同一又は異なる化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ又はＧａＳｂ等）によって形成されていてもよい。 The material, shape, thickness, impurity concentration, and impurity type of the semiconductor substrate 3, the p-type semiconductor region 7, and the n-type semiconductor region 9 are not limited to the above-described embodiments. For example, the semiconductor substrate 3, the p-type semiconductor region 7, and the n-type semiconductor region 9 may contain an impurity having a conductivity type opposite to that of the above-described embodiment. The semiconductor substrate 3 is not limited to being formed of Si. For example, even if the semiconductor substrate 3 and the p-type semiconductor region 7 are formed of the same or different compound semiconductor (for example, GaAs or GaSb). Good.

第１実施形態に係るフォトダイオードアレイの断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the photodiode array which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るフォトダイオードアレイの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the photodiode array according to the first embodiment. 第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure for demonstrating the laser processing method which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係るフォトダイオードアレイの断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the photodiode array which concerns on 2nd Embodiment. 本発明に係るフォトダイオードアレイの隣接するフォトダイオード間における分光感度の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the spectral sensitivity between the adjacent photodiodes of the photodiode array which concerns on this invention. 図５の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG.

Explanation of symbols

１，２…フォトダイオードアレイ、３…ｎ型（第１導電型）の半導体基板、３ａ…半導体基板の表面（第１の主面）、３ｂ…半導体基板の裏面（第２の主面）、７…ｐ型（第２導電型）半導体領域、９…ｎ型半導体領域、１１…ｐｎ接合、１３…フォトダイオード、１９…空乏層、２０…改質領域、Ｆ…集光点、Ｌａ…レーザ光。 1, 2... Photodiode array, 3... N-type (first conductivity type) semiconductor substrate, 3 a... Surface of semiconductor substrate (first main surface), 3 b .. back surface of semiconductor substrate (second main surface), 7 ... p-type (second conductivity type) semiconductor region, 9 ... n-type semiconductor region, 11 ... pn junction, 13 ... photodiode, 19 ... depletion layer, 20 ... modified region, F ... condensing point, La ... laser light.

Claims

A first conductivity type semiconductor substrate having first and second main surfaces facing each other;
A plurality of second-conductivity-type semiconductor regions that are formed side by side on the first main surface side of the semiconductor substrate and constitute a photodiode by bonding with the semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor which is formed between adjacent semiconductor regions of the second conductivity type on the first main surface side of the semiconductor substrate and has an impurity concentration set higher than that of the semiconductor substrate. An area, and
Wherein the semiconductor substrate is modified region is formed between the second main surface and the first conductivity type semiconductor region,
The photodiode array, wherein the modified region is a melt processing region .

When the voltage is applied to the photodiode, the modified region has the second main surface of the semiconductor substrate and the first conductive from the junction between the semiconductor region of the second conductivity type and the semiconductor substrate. 2. The photodiode array according to claim 1, wherein the photodiode array is formed inside a depletion layer extending between the semiconductor region of the mold.

A first conductive type semiconductor substrate having first and second main surfaces facing each other, and a photodiode formed by bonding to the first main surface side of the semiconductor substrate and bonded to the semiconductor substrate A plurality of second-conductivity-type semiconductor regions that are formed between adjacent semiconductor regions of the second-conductivity-type on the first main surface side of the semiconductor substrate, and more than the semiconductor substrate. A first conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration, and a modified region is formed between the second main surface and the first conductivity type semiconductor region in the semiconductor substrate. A manufacturing method of a photodiode array,
A method of manufacturing a photodiode array, wherein the modified region is formed by irradiating a laser beam between the second main surface of the semiconductor substrate and the semiconductor region of the first conductivity type.